SISTEMA AUTÔNOMO PARA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

Atualmente, as indústrias possuem as seguintes cargas elétricas: resistivas, indutivas e capacitivas, entretanto, com o avanço da tecnologia eletrônica, como cargas não são mais lineares, principalmente no setor industrial. Essa classificação está diretamente ligada ao fator de potência, que por sua vez, serve para atribuir valor à energia ativa, reativa e aparente da carga em si. Com esse sistema, podemos corrigir, melhorar o fator de potência das máquinas nas máquinas inserindo um banco de capacitores na rede, ou em carga, e aproximando-se de uma potência reativa utilizável e aceitável na rede. O fator de potência ideal e permitido pelas concessionárias são de 0,92, aproximadamente 23,07º de redução de tensão e corrente de carga,

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Step 1: MÉTODOS - CAIXA

O protótipo é composto por uma caixa de madeira revestida com manta plástica, com dimensões de 30 x 20,5 x 8,5 cm, como na figura, onde no seu interior temos: um display 128x64, Arduino Mega 2560, disjuntor 60 A, conectores bornes, módulo PZEM-004T com transformador de corrente, 3 módulos de 8 canais e capacitores.
4 Uma parte em cinza da figura 1 é feita de acrílico transparente, sendo possível acompanhar ou acionar os relés que ficam na parte inferior e possuem um indicador de acionamento.

O equipamento pode executar 2 maneiras: uma delas é a correção do poder reativo da rede em si, ou seja, uma rede inteira pode ser corrigida através da ligação em paralelo com uma rede e a segunda é uma correção de uma simples carga indutiva, que pode ser corrigido, sem alteração ou restante do sistema.
Na parte superior da figura, temos nascidos, são inseridos com tensão de alimentação do protótipo, como aqui anteriormente é possível alterar o fator de potência da rede abrindo o circuito e inserindo-o no protótipo.

Step 2: Display 128x64

O display apresenta um protótipo de 128 colunas por 64 linhas (128x64) com uma luz de fundo azul, excelente para o projeto, demonstrando o diagrama de correção da correção feita na rede.

Utilizamos uma alimentação própria do Arduino, contendo 5V para alimentação da retroiluminação e exibição. É fundamental acompanhar em tempo real ou que está ocorrendo uma correção do fator de potência, além de trazer mais segurança, podemos ver os cálculos de corrente e o ângulo de desajustamento entre corrente e tensão, e a exibição 128x64 apresenta maior quantidade de dados, onde podemos desenhar ou triângulo de potência e variar conforme o ângulo calculado.

Step 3: ARDUINO MEGA

O Arduino Mega é uma placa com micro controlador ATMEGA2560. Ele possui 54 pinos / entradas digitais, 16 entradas analógicas, 4 UARTs (portas seriais de hardware), um oscilador de cristal de 16 MHz, uma conexão USB, uma entrada de alimentação e um botão de redefinição. Ele contém tudo ou o que é necessário para o suporte ao micro controlador, basta
6 conectar um computador com um cabo USB ou uma fonte de alimentação e já está pronto para começar. Alimentação: A placa pode operar com alimentação externa entre 6 e 20 volts. No entanto, se menos de 7 volts para permitido, ou o pino de 5V pode fornecer menos de 5 volts e a placa pode ficar instável. Com mais de 12V ou regulador de tensão, pode superaquecer e danificar a placa, ou seja, uma faixa recomendável é de 7 a 12 volts.

O Arduino Mega presente no protótipo foi alimentado através de uma fonte externa de saída 12V / 2A, e o GND da fonte foi conectado ao solo, e os 12V na entrada "VIN" do Arduino, uma tabela 2 que mostra o suporte suportado pelo Arduino é 6-20V então optamos por trabalhar dentro da faixa recomendada 12V

Step 4: Disjuntor

O disjuntor selecionado é 63A da Steck, com 2 polos, que faz parte da segurança do equipamento, servindo para acionar o motor que pode ser ativado no sistema ou em um sistema de proteção completo.

Step 5: PZEM-004T

O módulo PZEM-004T é o sensor principal do protótipo. Ele faz as medições necessárias para o processo do Arduino. Sua função é medir tensão, corrente e potência ativa na carga conectada ao transformador de corrente (TC).

O transformador de corrente usado pelo sensor é do tipo núcleo sólido (núcleo sólido), onde apenas será possível inserir o fio no seu interior se for aberto o circuito.

Step 6: Módulo Relé 8 Canais

O módulo visualizado na figura, tem uma função principal no sistema, ele aciona um acordo com os cálculos efetuados no Arduino, nos seus bornes está conectado os capacitores. Neste projeto, foram utilizados 3 módulos, totalizando 24 capacitores.

O módulo foi alimentado no circuito através de uma fonte externa de 5V, pois a corrente elétrica do arduino é limitada a 40mA, já o módulo com todos os relés acionados é de 0,65mA, então os 3 componentes juntos juntos no arduino 1, 95 A, ou seja, o Arduino não suporta todos os módulos de acionamento, então outra fonte externa foi inserida e o GND interligou-se com o Arduino, onde apenas foi ativado os 3 módulos relacionados a 5V da fonte externa, que é alimentado através da entrada de energia no sistema.

Step 7: Capacitores

Os capacitores utilizados são similares às figuras, 0,1μF, 1μF, 10μF, 20μF e 45μF, ou o suficiente para uma correção mínima de equipamentos indutivos pequenos, todos com capacidade de 250 volts na corrente alternada.

Step 8: Esquema De Ligação

O esquema de ligação completo do protótipo está demonstrado na figura, com seus módulos modificados, conexões e conexões para um perfeito funcionamento do sistema.

O sensor faz a leitura da corrente através do transformador de corrente conectado na sua tensão, e a tensão pela conexão presente ao lado do transformador de corrente, e envia essas informações ao Arduino, onde, na sua programação processa todos os módulos com suas próprias características.

Step 9: RESULTADOS

O PZEM-004T capta uma corrente do sistema com um transformador de corrente não invasivo, e a tensão ativa da placa de conexão em si, e com base nessas duas informações, calcula o ângulo de desativação da corrente com tensão, descobrindo o uso de fatores ou fatores de potência que queremos corrigir uma rede ou motor.

Obtém o resultado esperado para o projeto, cumprindo todos os requisitos em relação aos cálculos e processos de dados do Arduino. Em nossos testes com uma carga de 15 watts de potência conectada em 127 volts de corrente alternada, e um fator de potência 0,70 indutivo como mostra a figura, para obter um FP de 0,92 foi usado como um capacitor de 1,32μF como mostra a figura.

É notável na figura que a tensão não é propriamente correta, possui variação conforme a demanda da rede muda, mais os valores são aproximados do real.

O projeto em si, foi desafiador e complicado, pois tinha como objetivo ser compacto e eficiente ao mesmo tempo, e através de vários ajustes e medições aplicadas para desenvolver uma plataforma completa, pronta para executar como medições e corrigir o fator de desempenho.

É possível adicionar mais recursos ao sistema, como aumentar a escolha do mesmo, mas aumentar o tamanho do projeto, tornar mais caro, algo que não permaneça viável financeiramente para nós acadêmicos, já que o projeto é considerado em conhecimento em laboratório para novos alunos. O sistema tem capacitores de corrente alternada (AC) e totaliza 106μF, algo que pode ser usado para corrigir o fator de potência para pequenas cargas indutivas, ou o sistema que funciona dentro do ajuste de acionamento dos relatórios de ordem e contagem certa. Em nossos testes ou sistema de acionamento de formatação, se aproximar de 0,92 ou até o mesmo arredondar para cima, formatar conforme as normas do ANNEL.

Step 10: CONCLUSÃO

O projeto demonstra alta relevância para acadêmicos, pois a graduação de Engenharia Elétrica é aplicada em eletrônica de potência e Arduino para programas em si, pois uma plataforma aberta como o Arduino pode fazer vários protótipos e desenvolver qualquer coisa que os alunos usem. Baseado nessa teoria, resolvemos desenvolver este protótipo e mostrar que o Arduino é potente ou suficiente para corrigir o fator de potência das máquinas ou redes.
Não tivemos problemas com magnetismo na placa, apesar de estarmos bem carregados e compactados, mas o isolamento das conexões e da plataforma do projeto foram feitos de forma dupla, assim isolando todo o tipo de interferência das ondas eletromagnéticas.